Проектирование электропитающей установки дома связи (стр. 2 из 4)

2.2 СТРУКТУРНАЯ СХЕМА ПРОЕКТИРУЕМОЙ ЭПУ

Структурная схема системы бесперебойного электропитания постоянного тока представлена на рис. 2.

Рис. 2 – Структурная схема системы бесперебойного электропитания

Основным элементом ЭПУ является выпрямительный модуль, обеспечивающий питание нагрузки постоянным током, а также подзаряд и заряд аккумуляторной батареи. Каждый выпрямительный модуль имеет встроенное устройство контроля и управления. Количество выпрямительных модулей зависит от типа стойки и требуемой мощности (тока) для питания нагрузки.

Конверторы (DC/DC- преобразователи) предназначены для электропитания потребителей с малым допуском входного напряжения или с другим номиналом, инверторы (DC/AC-преобразователи) – для обеспечения бесперебойного электропитания потребителей переменного тока.

Защита в различных цепях обеспечивается предохранителями (ПР) или автоматическими выключателями.

Аккумуляторная батарея (АБ) входит в комплект устройств электропитания и используется в качестве резервного источника при пропадании напряжения сети. Аккумуляторы могут устанавливаться в шкафу с выпрямителями или размещаться в стеллажах.

Аккумуляторные батареи защищены от глубокого разряда. Контактор К1 предназначен для отключения аккумуляторной батареи от нагрузки при ее разряде до минимально допустимой величины (обычно 1, 8 В/Эл) и управляется от модуля контроля и управления.

Шунты Ш1 и Ш2 используются для измерения тока нагрузки и аккумуляторной батареи соответственно. Разъединители Р1 и Р2 позволяют отключить АБ для проведения профилактических работ.

Модуль контроля и управления (МКУ) в устройствах различных фирм-производителей отличается набором функциональных возможностей. Режим работы, основные данные о работе ЭПУ (ток, напряжение нагрузки и др.) контролируются, измеряются и индицируются на мологабаритном жидкокристаллическом (ЖКИ) дисплее.

В нормальном режиме аппаратура получает питание от выпрямителей В1…ВN, одновременно осуществляется подзаряд групп аккумуляторной батареи АБ1…АБN.

В случае пропадания напряжения в сети аппаратура начинает получать питание от аккумуляторной батареи АБ1…АБN. В процессе разряда напряжение батареи относительно быстро с 2, 23 В/Эл понизится до типового значения в 1, 9..2, 0 В/Эл. Напряжение 1, 9В/Эл является наиболее близким к среднему значению и принимается за среднее напряжение разряда Uср при расчетах. Время резервного питания от батареи в основном зависит от величины тока разряда, поэтому необходимо знать ток и конечное напряжение разряда.

При восстановлении напряжения в сети выпрямителей В1…ВN на начальном этапе включаются в режим стабилизации тока, обеспечивая питание нагрузки и заряд батарей.

РАСЧЕТ АККУМУЛЯТОРНЫХ БАТАРЕЙ

В аварийном режиме питание нагрузки и аварийных потребителей обеспечивается от аккумуляторной батареи, расчет которой заключается в определении номинальной расчетной емкости и выборе типа аккумулятора и их количества.

Аварийный ток складывается из тока, необходимого для питания аппаратуры связи Iн (тока нагрузки), и токов аварийных потребителей Iап (в среднем 3% от тока нагрузки). В данном случае,

Iав = Iн + Iап = 197 + (197·0, 03) = 202, 91 А (1)

Номинальная расчетная емкость аккумуляторов определяется по основной расчетной формуле:

, А·ч, (2)

где - аварийный ток, А;

tр – время разряда аккумуляторной батареи, ч (2 ч);

P – коэффициент интенсивности разряда, определяется по графику (рис.3);

α – температурный коэффициент емкости, 1/°С (для кислотных аккумуляторов α = 0, 008);

t – минимальная температура электролита, °С (+15);

T – температура, для которой задана номинальная емкость, °С (+20);

nг – число групп АБ.

Рис. 3 – График определения коэффициента интенсивности разряда

Для ЭПУ-24

Снр = 74, 27 А·ч, по таблице технических данных аккумуляторов был выбран аккумулятор типа А412/90 А.

Для ЭПУ-48

Снр = 129, 8 А·ч, по полученной номинальной емкости был выбран аккумулятор типа А406/165 А.

Для ЭПУ-60

Снр = 113, 78 А·ч, по полученной номинальной емкости был выбран аккумулятор типа А412/120 А.

Таблица 6 – Технические характеристики аккумуляторов

Тип (стандартное исполнение)	Номинальная емкость (С10), А·ч	Ток разряда (I10), А	Габаритные размеры (Д×Ш×В), мм	Вес, кг	Стоимость
А412/90 А	90	9	353×175×190	24, 6	1830
А406/165 А	165	16, 5	518×274×216	69, 5	7316
А412/120 А	120	12	518×274×216	65, 5	6842

Количество аккумуляторов принимают в соответствии с градацией номинального напряжения и среднего напряжения разряда кислотных аккумуляторов:

для ЭПУ-24 Nэл = 12;

для ЭПУ-48 Nэл = 24;

для ЭПУ-60 Nэл = 30;

Аккумуляторы выполнены в виде моноблоков на 12 В.

ВЫБОР ЭЛЕКТРОПИТАЮЩЕЙ УСТАНОВКИ

Наибольшая нагрузка на выпрямительные модули создается в послеаварийном режиме, когда необходимо питать нагрузку и заряжать аккумуляторы. Следовательно, общий выходной ток выпрямителей складывается из тока нагрузки (Iн) и тока заряда батарей (Iз):

Ic = Iн + Iз, А (3)

Для герметизированных аккумуляторов наилучшим режимом заряда является режим непрерывного подзаряда, т.е. аккумуляторы заряжаются при стабилизации напряжения. От величины зарядного тока зависит время заряда аккумуляторов:

, ч, (4)

где – коэффициент отдачи по емкости для кислотных аккумуляторов (

= Cp/Cз = 0, 84);

С10 – номинальная емкость выбранного аккумулятора, А·ч;

Iз – диапазон зарядных токов для герметизированных аккумуляторов рекомендуется выбирать в пределах Iз = 0, 1…0, 3 С10.

Для ЭПУ-24:

Iз = 0, 2· С10 = 0, 2·90 = 18 А

Ic = 45 + 18 = 63 А

tз = 11, 9 ч

Для ЭПУ-48:

Iз = 0, 2· С10 = 0, 2·165 = 33 А

Ic = 81 + 33 = 114 А

tз = 11, 9 ч

Для ЭПУ-60:

Iз = 0, 2· С10 = 0, 2·120 = 24 А

Ic = 71 + 24 = 95 А

tз = 11, 9 ч

На основании общего тока системы Iс и номинального напряжения были выбраны типы ЭПУ:

- для номинального напряжения U=24 В выбрана установка УЭПС-2 24/120-44-1;

- для номинального напряжения U=48 В выбрана установка УЭПС-2 48-140-44;

- для номинального напряжения U=60 В выбрана установка УЭПС-2 60/200-44.

Количество выпрямительных модулей рассчитываются по формуле:

(5)

Для ЭПУ-24

= 2, 15 = 3 шт.

Для повышения надежности ЭПУ предусматривают резервирование (nв + 1). Следовательно, полный комплект выпрямительных модулей равен:

Nв = nв + 1 = 3 + 1 = 4 шт.

Для ЭПУ-48

= 1, 9 = 2 шт.

Для повышения надежности ЭПУ предусматривают резервирование (nв + 1). Следовательно, полный комплект выпрямительных модулей равен:

Nв = nв + 1 = 2 + 1 = 3 шт.

Для ЭПУ-60 количество выпрямительных модулей равно:

= 1, 9 = 2 шт.

Полный комплект:

Nв = nв + 1 = 2 + 1 = 3 шт.

Таблица 7 – Технические данные электропитающих установок

Тип ЭПУ	Выходной ток (ток нагрузки) мак/мин	Тип выпрямителя	Количество выпрямителей, шт.	Коэффициент мощности ВБВ	КПД	Максимальная мощность ЭПУ, Вт	Цена, руб.
УЭПС-2 24/120-44-1	120/6	ВБВ 24/30-2МК	4	0, 98	0, 9	3360	61830
УЭПС-2 48-140-44	240/12	ВБВ 48/60-2	3	0, 85	0, 9	13440	111500
УЭПС-2 60/200-44	100/5	ВБВ 60/50-2	3	0, 85	0, 9	14400	115600

РАСЧЕТ СЕЧЕНИЯ ЖИЛ КАБЕЛЯ

В электропитающих установках неизбежны потери напряжения на отдельных участках цепей питания. Наиболее тяжелый момент наступает в конце аварийного режима, когда аккумуляторная батарея полностью разряжена до напряжения Uбmin и должна быть отключена.

Если питаемая аппаратура еще работает и позволяет уменьшать напряжение до Uнmin, то разницу напряжений можно использовать как норму для общего падения напряжения на участке аккумуляторная батарея – питаемая аппаратура.

РАСЧЕТ СЕЧЕНИЯ ЖИЛ КАБЕЛЯ ПОДКЛЮЧЕНИЯ БАТАРЕЙ

На рис. 4 приведены нормы падения напряжения на отдельных участках ЭПУ.

Рис. 4 – Нормы падения напряжения на отдельных участках ЭПУ

Для ЭПУ-24:

Минимально допустимое напряжение на аккумуляторной батарее:

Uбmin = Uкр*Nэл = 1, 8*12 = 21, 6 В (7)

Минимально допустимое напряжение на аппаратуре связи согласно техническим требованиям

Uнmin = 18, 9 В

Общее допустимое падение напряжения на элементах ЭПУ-24

∆U = 2, 7 В (8)

Минимальное сечение жил батарейного кабеля рассчитывается для каждой группы на ток полной нагрузки на случай отключения других групп

, (9)

где L – длина кабеля;

Ic – максимальный ток в кабеле( в послеаварийном режиме), А;

удельное сопротивление материала жил кабеля; медь - =0, 0175 (Ом·мм2/м); алюминий – =0, 0294( Ом·мм2/м) при 20°С;

U – допустимое падение напряжения на кабеле, равное 0, 5 В.